CN105964851A

CN105964851A - 整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法

Info

Publication number: CN105964851A
Application number: CN201610497150.7A
Authority: CN
Inventors: 于鸣; 王兴改; 刘永红
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2036-06-30
Also published as: CN105964851B

Abstract

本发明公开了一种整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法，为克服空心件辊锻制坯的管壁增厚、壁厚不均匀的问题，本发明所述的方法的步骤:1)下料；2)加热；3)辊锻制坯：在辊锻机上并采用芯模进行两道次辊锻成形与一道次整形辊锻：(1)第一道次辊锻成形；辊锻机锻辊旋转一周完成管坯(5)右端第一道次辊锻成形，方形管辊锻成椭圆形截面管，同时管坯(5)与芯模(6)分离；(2)第二道次辊锻成形：椭圆形截面管辊锻成圆形管；(3)整形辊锻；(4)将经过整形辊锻的管坯(5)旋转180度，夹钳夹住管坯(5)的右端，以相同方法辊锻成形管坯(5)未成形的左端即钳口开始时夹持的一端；4)空冷；5)校直；6)定尺切割两端头。

Description

整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域的一种加工方法，更确切地说，本发明涉及一种针对载重汽车整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法。

背景技术

汽车制造业是我国国民经济支柱产业，而载重汽车驱动桥又是汽车重要零部件。据相关调查显示：每减1％的车身重量就会减少0.6％～1.0％的耗油量，因此汽车零件的薄壁化、中空化是汽车轻量化生产发展的方向，这就要求汽车每个零部件在满足强度和刚度的条件下尽可能轻量化。

驱动桥主要承担驱动、承载、制动的功能，是汽车的主要零部件之一，目前整体驱动桥壳体主要的制造工艺有铸造壳体、冲-焊壳体、内高压成形壳体、整体胀形挤压壳体。铸造成形一般用铸铁或铸钢铸造成桥壳本体，再将半轴套管压入桥壳两端，其壁厚可变，强度、刚度好，但整体质量大、废品率高、污染严重，不适合汽车轻量化生产；冲焊壳体主要是将两块钢板分别冲压成半桥壳，再将两个半桥壳对焊在一起，其质量轻、易于自动化生产、强度好，但工序多，材料利用率低，常出现漏油、断裂等现象；内高压成形壳体是将大直径钢管两端缩径，再内高压成形中间凸包部分，其材料利用率高，重量轻，工序少、可成形复杂形状，但投资大，成形困难，生产率低，应用于中、轻型汽车；整体胀形挤压壳体是将无缝钢管两端轴头部分挤压成半轴套管，中间热胀中心孔，这种桥壳与铸造、冲焊桥壳相比可满足桥壳轻量化要求，与冲焊成形相比减少了焊缝和机加工可提高材料利用率，简化工艺流程，提高机械性能，与内高压成形相比设备成本低，易于成形，因此整体胀形挤压成形的驱动桥壳体将会广泛的应用于实际生产中。

整体胀形挤压壳体常采用方形管坯来成形，这样轴头处必须变成圆形。由于方管四个棱角处变形量大，变形不稳，直接用方管挤压缩径难度大，极易出现轴向失稳，因此可先将方截面变成光滑的圆截面再进行挤压缩径成形半轴部分。常见的空心件成形工艺有旋压、径向锻造、拉拔等，这些工艺设备成本高，而辊锻制坯效率高，设备投资低，且适用于大塑性变形，可以获得挤压轴头所需的形状和尺寸精度较高的理想圆管形坯料，使轴头端的挤压成为可能。本项发明就是为挤压轴头提供理想的圆形管状坯料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的空心件辊锻制坯的管壁增厚、壁厚不均匀的问题，提供了一种整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法包括步骤如下:

1)下料；

2)加热；

3)辊锻制坯：

在辊锻机上并采用芯模进行两道次辊锻成形与一道次整形辊锻：

(1)第一道次辊锻成形

辊锻机械手钳口夹住管坯的左端并将管坯的右端套在第一道次芯模的外表面上，同时管坯与第一道次辊锻模具定位即管坯的右端送入第一道次辊锻模具内，其中第一道次芯模位置固定且与锻辊垂直，辊锻机锻辊旋转一周完成管坯右端的第一道次辊锻成形，方形管辊锻成椭圆形截面管，同时管坯与第一道次芯模分离；

(2)第二道次辊锻成形

辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件沿其轴线旋转90°，套在第二道次芯模并与第二道次辊锻模具定位，锻辊旋转一周完成第二道次辊锻成形，椭圆形截面管辊锻成圆形管；

(3)整形辊锻

辊锻机械手再将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件沿轴线旋转90°，套在整形辊锻芯模并与整形辊锻的辊锻模具定位，锻辊旋转一周完成整形辊锻，消除第二道次成形圆形截面管时辊缝处形成的金属凸起；

(4)将经过整形辊锻的辊锻件放在落料台上旋转180度，机械手夹钳夹住管坯的右端，以相同的方法步骤辊锻成形管坯未成形的左端，得到管坯左、右两端均整形的辊锻件；

4)空冷；

5)校直；

6)定尺切割两端头。

技术方案中所述的下料是指：根据要加工成的整体驱动桥壳体的最大方形截面确定管坯的规格，采用带锯机将热轧方形无缝钢管切割成要求尺寸的管坯，所述的要求尺寸的管坯长为L4，L4＝a+b+2c

式中：a为根据体积不变定律确定的管坯长度尺寸，单位为mm；

b为考虑加工余量所对应的管坯长度尺寸，单位为mm；

c为辊锻过程管坯端部夹钳部位需要的长度尺寸，一般为20mm～50mm。

技术方案中所述的加热是指：采用中频感应加热炉分别将切割好的管坯左、右各长为L₀的两端加热到始锻温度，通常1000℃～1200℃；

其中：L₀＝d+e+(20～50)mm，

d为需要变圆管区段的方管长度，单位为mm；

e为过渡区对应的方管长度，单位为mm。

技术方案中所述的空冷是指：辊锻机械手将左、右两端均整形的辊锻件放置在空气中自然冷却。

技术方案中所述的校直是指：辊锻机械手将经空冷处理的辊锻件放在全自动校直机上，全自动校直机的夹持装置将经空冷处理的辊锻件两端夹紧，自动将辊锻件校直。

技术方案中所述的定尺切割两端头是指：采用带锯机分别切割校直后的辊锻件的左、右两端，保证左、右两端圆截面管段长度均为L1，得到最终的辊锻件。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法与常见的空心件辊锻制坯工艺相比多了个芯模，通过芯模与上、下辊锻模之间的间隙得到所需形状尺寸的产品。

2.本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法可以有效解决厚壁空心件辊锻过程出现的管壁增厚、壁厚不均匀问题，对于载重车驱动桥壳毛坯的制备有着重要意义，有利于汽车轻量化生产。

3.本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法材料利用率高，辊锻稳定性和成形精度高于厚壁空心件无芯模辊锻制坯，有利于零部件轻量化生产。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法的示意图；

图2-a是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法所加工的某载重车驱动桥壳的主视图；

图2-b是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法所加工的某载重车驱动桥壳的左视图；

图3是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法中要制备的坯料的主视图；

图4-a是图3中A-A处坯料的剖面图；

图4-b是图3中B-B处坯料的剖面图；

图5-a是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法成形某载重车整体式桥壳的实施例中所采用的管坯的主视图；

图5-b是图5-a中C-C处管坯的剖面图；

图6-a是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法所采用的第一道次辊锻模具的主视图；

图6-b是图6-a中D向第一道次辊锻模具的上模的向视图；

图6-c是图6-a中E-E处第一道次辊锻模具的剖面图；

图7-a是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法的第一道次辊锻件的主视图；

图7-b是图7-a中F-F处第一道次辊锻件的剖面图；

图7-c是图7-a中G-G处第一道次辊锻件的剖面图；

图8-a是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法所采用的第二道次辊锻模具的主视图；

图8-b是图8-a中H向第二道次辊锻模具的上模的向视图；

图8-c是图8-a中I-I处第二道次辊锻模具的剖面图；

图9是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法的辊锻制坯过程中所采用整形道次芯模的主视图；

图10-a是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法有芯模辊锻件的圆截面处的剖面图；

图10-b是本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法无芯模辊锻件的圆截面处的剖面图；

图11为本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法的流程框图；

图中：1.上锻辊，2.下锻辊，3.上模，4.下模，5.管坯，6.第一道次芯模。

具体实施方式下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明的目的在于提供一种载重车整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法，通过在辊锻过程加芯模将方管两端辊锻成与方管壁厚相同的圆截面管，以供后续挤压半轴套管使用。其中芯模固定不动，起到了内模的作用，有利于管坯内表面金属轴向流动，可以有效的控制管坯的壁厚，使壁厚均匀化，提高管件的质量和精度，增加材料的利用率。同时芯模的使用还增加了对管坯内表面的支撑作用，使整个辊锻过程的稳定性提高。

本发明所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法，经过方形-椭圆形-圆形型槽系两道次辊锻成形，其具体步骤如下：

1.下料

参阅图5-a与图5-b，根据要加工成的整体驱动桥壳体的最大方形截面确定管坯的规格，再用带锯机将热轧方形无缝钢管切割成要求尺寸的管坯，所述的要求尺寸的管坯5长为L4，其中：L4＝a+b+2c

b为考虑加工余量所对应的管坯长度尺寸，单位为mm；

c为辊锻过程管坯端部夹钳部位需要的长度尺寸，一般为20mm～50mm；

2.加热

采用中频感应加热炉分别将切割好的管坯左右各长为L₀的两端加热到始锻温度，通常1000℃～1200℃；

其中：L₀＝d+e+(20～50)mm，

d为需要变圆管区段的方管长度，单位为mm；

e为过渡区对应的方管长度，单位为mm；

3.辊锻制坯

在D42-1000辊锻机上并采用芯模进行(方-椭圆-圆)两道次辊锻成形与一道次整形辊锻：

1)第一道次辊锻成形

辊锻机械手钳口夹住管坯5的左端并将管坯5的右端套在第一道次芯模6外表面上，同时管坯5与第一道次辊锻模具定位即管坯5右端送入辊锻模具内，其中第一道次芯模6位置固定且与锻辊垂直，辊锻机锻辊旋转一周完成管坯5右端的第一道次辊锻成形，方形截面管辊锻成椭圆形截面管，同时管坯5与第一道次芯模6分离；

2)第二道次辊锻成形

辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件沿其轴线旋转90°，套在第二道次芯模并与第二道次辊锻模定位，锻辊旋转一周完成第二道次辊锻成形，椭圆形截面管辊锻成圆形截面管；

3)整形辊锻

辊锻机械手再将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件沿其轴线旋转90°，套在整形辊锻芯模并与整形辊锻的辊锻模定位，锻辊旋转一周完成整形辊锻,消去第二道次成形圆形截面管时辊缝处形成的金属凸起；

4)最后辊锻机械手将整形辊锻件旋转180°放在落料台上，机械手夹钳夹住管坯已整形辊锻成圆形截面管的右端，以相同的方法辊锻成形管坯未成形的左端，得到左、右两端均整形的辊锻件；

4.空冷；

辊锻机械手将左右两端均整形的辊锻件放置在一起在空气中自然冷却；

5.校直；

辊锻机械手将经空冷处理的辊锻件放在全自动校直机的正确位置，校直机的夹持装置将辊锻件两端夹紧，自动将辊锻件校直；

6.定尺切割两端头。

参阅图3，采用带锯机分别切割校直后的辊锻件的左、右两端，保证左、右两端圆截面管段长度均为L1，得到最终的辊锻件。

参阅图1，图中为在辊锻机上辊锻制坯的示意图，表示辊锻件刚被辊锻机咬入的位置图。

辊锻模具

所述的各道次的辊锻模具包括过渡区和等截面区两段；所述的第一道次辊锻模具等截面区的型腔为椭圆形，第二道次辊锻模具等截面区的型腔为圆形，整形辊锻模具与第二道辊锻模具相同；其中所述的第一道次、第二道次和整形辊锻模具上下对称，模具出口与入口处圆角半径R1，如图6-a与图8-a；上、下辊锻模之间的间隙均为s；所述的芯模为圆柱形实心棒，第一道次与第二道次的芯模直径分别略小于方截面、椭圆截面内表面的最大内切圆直径，但大于整形道次芯模直径，整形道次的芯模直径固定，辊锻模具与芯模之间的间隙为要成形的圆截面管坯厚度，芯模在使用之前用石墨乳润滑。

实施例

参阅图2-a，某载重车整体桥壳包括桥壳本体7和2个结构相同的半轴套管8，整体桥壳即将桥壳本体7和2个结构相同的半轴套管8合为一体。

参阅图3，图中所示为生产整体驱动桥壳体的坯料，即本实施例中要成形的辊锻件，生产整体驱动桥壳体的坯料为左右对称结构件，其中:辊锻成形的圆截面段长L1＝400mm，方形截面与圆形截面的过渡段L2＝45mm。

参阅图3、图4-a与图4-b，本发明实施例主要将方管管坯的两端辊锻成圆截面管，实现整体驱动桥壳体辊锻制坯，为后续两端挤压半轴套管提供合格的毛坯。

本发明实施例的辊锻装置包括上、下辊锻模具、芯模与D42-1000的辊锻机。

本发明实施例的步骤如下：

1.下料

参阅图5，选用正方形等横截面无缝方管的边长L3＝160mm，壁厚B1＝16mm，4个结构相同的圆角半径R3＝32mm，采用带锯机将无缝方管切割成要求长度为L4的管坯5；

2.加热

采用中频加热炉分别将无缝方管管坯5各长380mm～400mm的两端加热到始锻温度，通常为1000℃～1200℃；

3.辊锻制坯

在D42-1000辊锻机上并采用芯模对管坯5的两端分别进行(方-椭圆-圆)两道次辊锻成形与一道次整形辊锻：

1)第一道次辊锻成形

辊锻机械手钳口夹住管坯5的左端并将管坯5的右端套在第一道次芯模6外表面上，同时管坯5与第一道次辊锻模具定位，其中第一道次芯模6位置固定且与锻辊垂直，辊锻机锻辊旋转一周完成第一道次辊锻，管坯5的右端辊锻成椭圆形截面管，同时管坯5与第一道次芯模6分离；

2)第二道次辊锻成形

辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，套在第二道次芯模并与第二道次辊锻模具定位，锻辊旋转一周完成第二道次辊锻，管坯5的右端的椭圆形截面管辊锻成圆形管；

3)整形辊锻

辊锻机械手再将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，套在整形辊锻的芯模并与整形辊锻模具定位，锻辊旋转一周完成整形辊锻，消去第二道次辊锻成圆形管时辊缝处形成的金属凸起；

4)参阅图4-a与图4-b，最后将整形的辊锻件放在落料台上并将其旋转180度，辊锻机械手夹钳夹住管坯已整形辊锻成圆形截面的右端，以相同的方法将管坯6的左端辊锻成形，得到管坯左、右两端均整形的辊锻件：φ1＝154mm，壁厚B1为16mm的圆截面管。

4.空冷

辊锻机械手将左、右两端均整形的辊锻件放置在在空气中自然冷却；

5.校直

6.定尺切割两端头

参阅图3，用带锯机分别切割校直后的辊锻件的左、右两端，保证左、右两端圆截面段长度均为400mm，得到最终的辊锻件。

所述的上、下辊锻模均为上下对称的扇形模，模具材料5CrNiMo。上、下辊锻模对称地安装在锻辊直径为680mm的D42-1000的辊锻机上，上、下辊锻模间隙S为5mm。

参阅图6-a至图6-c，所述的第一道次辊锻模等截面型腔为椭圆形，ab段过渡区包角α1＝5°24′，整个扇形模包角α2＝50°～65°。纵向型槽前部管坯咬入处的形状和尺寸与方管在始锻温度下的尺寸相一致，如图6-b中D处第一道辊锻上模斜视图所示，第一道次上、下辊锻模ab段型槽上的每一槽腰与外圆环面的倒角圆弧半径R4＝32mm；椭圆型槽的宽度L5＝210.16mm，高度L6＝156.4mm，椭圆型槽半径R5＝109.7mm，第一道次上、下辊锻模bc段型槽上的每一槽腰与外圆环面的倒角圆弧半径R6＝25mm，第一道次辊锻完成后管坯6变形区段的形状如图7-c。

参阅图8-a至图8-c，所述的第二道次辊锻模如图中所示，由于辊锻过程通常是使坯料延长，所以第二道次辊锻模的包角大于第一道次辊锻模的包角。等截面型腔为圆形，de段过渡区包角α3＝6°2′，整个扇形模包角α4＝59°～74°。纵向型槽前部管坯咬入处截面形状和尺寸与第一道次模具相同；如图8-b，圆型槽的直径φ2为辊锻件圆截面区段在始锻温度下的尺寸，第二道次上、下辊锻模ef段型槽上的每一槽腰与外圆环面的倒角圆弧半径R7＝10mm。

整形道次模具与第二道次模具相同。

参阅图9，所述的各道次芯模为圆柱实心棒。第一道次芯模6与第二道次芯模的直径分别略小于方截面、椭圆截面内表面的最大内切圆直径且大于整形道次的芯模直径φ3，φ3＝123.83mm，整形道次芯模的两端圆角半径R2＝15mm；所述芯模位置其中心线、管坯的中心线以及上、下辊锻模的中心线要对齐。

参阅图10-a与图10-b，图中分别为带芯模(图10-a)与不带芯模(图10-b)辊锻成形的圆截面管，整体桥壳圆截面厚度与方截面相同，带芯模辊锻制坯壁厚可以精确达到16mm，不带芯模辊锻件的管壁增厚约1.5mm，且壁厚不均匀，存在一定的椭圆度，成形精度较低。

Claims

1.一种整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法,其特征在于,所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法包括步骤如下:

1)下料；

2)加热；

3)辊锻制坯：

(1)第一道次辊锻成形

辊锻机械手钳口夹住管坯(5)的左端并将管坯(5)的右端套在第一道次芯模(6)的外表面上，同时管坯(5)与第一道次辊锻模具定位即管坯(5)的右端送入第一道次辊锻模具内，其中第一道次芯模(6)位置固定且与锻辊垂直，辊锻机锻辊旋转一周完成管坯(5)右端的第一道次辊锻成形，方形管辊锻成椭圆形截面管，同时管坯(5)与第一道次芯模(6)分离；

(2)第二道次辊锻成形

(3)整形辊锻

(4)将经过整形辊锻的辊锻件放在落料台上旋转180度，机械手夹钳夹住管坯的右端，以相同的方法步骤辊锻成形管坯(5)未成形的左端，得到管坯(5)左、右两端均整形的辊锻件；

4)空冷；

5)校直；

6)定尺切割两端头。

2.按照权利要求1所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法,其特征在于,所述的下料是指：

根据要加工成的整体驱动桥壳体的最大方形截面确定管坯的规格，采用带锯机将热轧方形无缝钢管切割成要求尺寸的管坯(5)，所述的要求尺寸的管坯(5)长为L4，L4＝a+b+2c

b为考虑加工余量所对应的管坯长度尺寸，单位为mm；

3.按照权利要求1所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法,其特征在于,所述的加热是指：

采用中频感应加热炉分别将切割好的管坯(5)左、右各长为L₀的两端加热到始锻温度，通常1000℃～1200℃；

其中：L₀＝d+e+(20～50)mm，

d为需要变圆管区段的方管长度，单位为mm；

e为过渡区对应的方管长度，单位为mm。

4.按照权利要求1所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法,其特征在于,所述的空冷是指：

辊锻机械手将左、右两端均整形的辊锻件放置在空气中自然冷却。

5.按照权利要求1所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法,其特征在于,所述的校直是指：

辊锻机械手将经空冷处理的辊锻件放在全自动校直机上，全自动校直机的夹持装置将经空冷处理的辊锻件两端夹紧，自动将辊锻件校直。

6.按照权利要求1所述的整体胀形挤压驱动桥壳体方变圆辊锻制坯方法,其特征在于,所述的定尺切割两端头是指：

采用带锯机分别切割校直后的辊锻件的左、右两端，保证左、右两端圆截面管段长度均为L1，得到最终的辊锻件。